Zváranie rúr-na{1}}rúrkové plechy vo výmenníkoch tepla: Kvalifikácia a bežné chyby

Táto príručka vysvetľuje, ako ASME sekcia IX kvalifikuje zváranie rúr-na{1}}trubkový plech, ktoré konštrukčné predpisy stanovujú, že kvalifikácia je povinná, a konkrétne režimy chýb, ktoré musia inšpektori a výrobcovia kontrolovať, aby sa vyhli nákladným prerábkam.

Prečo si zváranie rúr-do{1}}rúrok vyžaduje samostatnú kvalifikáciu ako zváranie drážok?

Spoje rúrky-k{1}}rúrkovému plechu vyžadujú osobitnú kvalifikáciu, pretože ich geometria, prístup a spôsob zlyhania sa zásadne líšia od štandardného zvaru drážok a zvárač alebo postup kvalifikovaný na kupóne s plochou drážkou nie je automaticky schopný vytvoriť v tejto konfigurácii dobrý, nepriepustný-tesný spoj.

Skúšobný kupón drážkového zvaru sa zvára v otvorených podmienkach bez prekážok s plným prístupom na obe strany spoja. Spojenie rúrky-k{2}}rúrkovému plechu je zvarené v tesne uzavretom prstencovom priestore medzi stenou rúrky a vyvŕtaným otvorom rúrkovnice, často so susednými otvormi rúrky len milimetre a prístupom len z jednej strany. Samotná stena rúrky je tenká - často pod 3 mm -, takže je veľmi náchylná na prepálenie-, zatiaľ čo rúrkovnica je hrubý blok, ktorý funguje ako veľký chladič a vytvára nerovnomerné rozloženie tepla cez spoj.

Tieto podmienky vytvárajú chybné režimy - prepálenia-, chýbajúce fúzie v koreni spoja a nedostatočná minimálna cesta úniku -, ktoré sa jednoducho nevyskytujú pri zváraní s otvorenými drážkami, a preto ASME Section IX považuje zváranie rúrok-na-plechov za vlastnú kvalifikačnú kategóriu namiesto toho, aby ich skladal do štandardných drážkových alebo kútových zvarov.

Aké sú dve kvalifikačné cesty podľa ASME sekcie IX?

ASME Section IX ponúka dva odlišné spôsoby kvalifikácie postupov a zváračiek rúr -na{1}}: demonštračnú maketu podľa QW-193 alebo konvenčnú skúšku drážkového alebo kútového zvaru podľa QW-202 s príslušným stavebným predpisom, ktorý určuje, ktorá cesta je povinná.

Porovnanie kvalifikačnej cesty

Podľa ASME sekcie IX QW-202.6 a sekcie VIII divízie 1 UW-28(b)/UW-29 (vydanie 2021); Oddelenie 2 ods.. 6.3.4. Základné premenné pre kvalifikáciu procedúry sú uvedené v QW-288; Základné premenné výkonu zvárača a zvárača a operátora sú uvedené v QW-387 a QW-388. Pred výberom kvalifikačnej cesty vždy potvrďte požiadavky na aktuálnu edíciu a akékoľvek prepísania špecifické pre klienta.

Obidve základné{0}}tabuľky premenných platia v kombinácii so základnými{1}}tabuľkami procesov zvárania. Napríklad postup GTAW tube-to{4}}treba spĺňať štandardné premenné GTAW v tabuľke QW-256 a špecifické premenné pre rúrky{7}}to{8}}v tabuľke QW-288.1, ktoré zahŕňajú položky ako vonkajší priemer rúrky, rozsah hrúbok rúrky, stav otvorov v rúre a návrh spoja.

Koľko maketových zvarov je potrebných a čím musia prejsť?

Keď sa použije modelový postup QW{1}}193, musí sa vyrobiť minimálne päť zvarov a každý z nich musí prejsť vizuálnou kontrolou, testovaním prieniku kvapaliny a makro-skúškou sekcie - jeden neúspešný zvar znehodnotí celú maketu a vyžaduje si kompletné opätovné zvarenie, nie bodovú opravu.

Vizuálna kontrola (QW-193.1.1): vykonávaná bez zväčšenia, kontrola úplného splynutia, prepálenia, pórovitosti a praskania.

Skúška prenikaním kvapaliny (QW-193.1.2): vykonaná podľa ASME, oddiel V, článok 6, kvalifikovaným personálom, aby sa zistili diskontinuity narúšajúce povrch, ktoré nie sú viditeľné voľným okom.

Skúška makro{0}}rezov (QW-193.1.3): maketa sa rozreže po svojom priemere, aby sa odkryli štyri povrchy, potom sa preskúma pri 10- až 20-násobnom zväčšení, aby sa overilo úplné splynutie, neprítomnosť prasklín a - kriticky – či minimálna cesta úniku spĺňa požiadavky návrhu.

Samotná zostava makety musí v podstate duplikovať konfiguráciu otvorov v rúre a dizajn spoja, ktorý sa použije vo výrobe, v rámci limitov základných premenných QW-288 – čo znamená, že priemer rúrky, hrúbka rúrkovnice a geometria spoja musia byť reprezentatívne pre skutočný vyrábaný výmenník tepla, nie len pre akýkoľvek vhodný testovací kus.

Sekcia VIII divízia 1 verzus divízia 2: Kedy je QW-193 povinný?

ASME sekcia VIII divízia 2 stanovuje, že model QW-193 je povinný pre kvalifikáciu postupu zvárania rúr-na rúrovku, zatiaľ čo sekcia VIII divízia 1 to ponecháva ako možnosť výrobcu a toto rozlíšenie je jedným z najdôslednejších a najčastejšie nepochopených bodov pri plánovaní výroby výmenníkov tepla.

Podľa ASME sekcia VIII divízia 1 UW-28/UW-29 (od roku 2021), sekcia VIII divízia 2 ods. . 6.3.4 a sekcia I PFT-12. Technické špecifikácie klienta často vyžadujú QW-193 aj tam, kde to základný kód nevyžaduje – vždy si pred dokončením kvalifikačného plánu skontrolujte objednávku a špecifikáciu zvárania projektu.

Aké sú najčastejšie chyby zvarov rúr-až{1}}rúrok?

Chyby, ktoré najčastejšie ohrozujú spoje rúrky-k{1}}rúrkovému plechu, sú nedostatočné spojenie rúrok-k{3}}rozhraniu rúrkového plechu,{4}}prepálenie steny- rúrky, nedostatočná minimálna úniková cesta, pórovitosť a teplo, -ovplyvnené-oblasti, pretože prasknutie každého zvarového spoja jednotlivo pri ručnom alebo zvarovom spoji je spôsobené ručným alebo ručným popraskaním každého zvarového spoja miera má tendenciu stúpať s únavou, nekonzistentným prispôsobením kĺbu-a nedostatočnou prípravou povrchu pri veľkom počte rúrok.

Poruchové režimy a metódy detekcie sú v súlade s požiadavkami ASME Section IX QW-193.1 a priemyselnými skúsenosťami v oblasti výroby a opravy plášťových- a rúrkových výmenníkov tepla.

Skúsenosti z terénu v aplikáciách získavania síry, rafinácie a procesného chladenia ukazujú, že opakujúce sa netesnosti z rúr{0}}do{1}}rúrok často súvisia s nedostatočnou penetráciou a nedostatočným spojením počas pôvodnej výroby - defektov, ktoré sa ťažko zisťujú pri samotnej výrobe NDE a ktoré sa zvyčajne prejavia až po opakovanom tepelnom cyklovaní, ktoré spôsobí šírenie prasklín z nespojeného koreňa.

Ako sa overuje minimálna cesta úniku (MLP) a prečo je to dôležité?

Minimálna cesta úniku je najkratšia vzdialenosť v akomkoľvek smere od koreňa rúrky-po{1}}zvar rúrky po najbližší voľný povrch a záleží na tom, pretože je to rozmer, ktorý určuje, či pevný-zvarový spoj môže skutočne odolať tlaku a zabrániť krížovej{3}}kontaminácii -, zatiaľ čo povrchová vizuálna kontrola spoja môže vyhovieť poddimenzovanej vizuálnej kontrole spoja.

MLP sa overuje rozrezaním kvalifikačnej makety cez jej priemer, odkrytím prierezu zvaru{0}}a meraním zvarovej dráhy pri 10- až 20-násobnom zväčšení oproti vypočítanému minimu z návrhovej základne.

Maximálna pripísaná hodnota MLP je obmedzená na hrúbku steny rúrky bez ohľadu na to, koľko dodatočného zvarového kovu sa nanesie za tento rozmer.

Pozdĺžne škrabance na vonkajšom povrchu rúrky alebo otvore otvoru rúrky sa považujú za zvýšené riziko počas hodnotenia makety, pretože škrabanec prebiehajúci paralelne so spojom môže vytvoriť cestu úniku, ktorá úplne obíde zvarovú zónu.

Pretože MLP možno deštruktívne potvrdiť iba - rozrezaním reprezentatívnej makety -, overuje sa skôr počas kvalifikácie postupu než na každom výrobnom spoji. To je presne dôvod, prečo je disciplinovaná a opakovateľná kontrola procesu počas výrobného zvárania taká dôležitá: akonáhle je WPS kvalifikovaný s preukázanou MLP, výrobné zvary sa musia vykonávať v rámci rovnakej základnej{3}}premennej obálky, aby zostali platné.

Ktoré metódy kontroly zachytávajú defekty rúrky-na-rúrkovej dosky pred spustením?

Vrstvená kontrolná sekvencia - vizuálna kontrola, testovanie tekutým penetrantom a testovanie tesnosti héliom - zachytí veľkú väčšinu defektov medzi rúrkami-k{3}}rúrkovému plechu predtým, ako sa zväzok výmenníka tepla uzavrie a uvedie do prevádzky, pričom testovanie tesnosti héliom ponúka najvyššiu citlivosť na netesnosti cez-stenu zo všetkých metód bežne používaných na tento typ spojov.

Vizuálna kontrola každého výrobného zvaru sa vykonáva ako prvá{0}}prehliadka pre prepálenie-, neúplné roztavenie a pórovitosť povrchu.

Testovanie tekutým penetračným činidlom, vykonávané podľa ASME, oddiel V, článok 6, zisťuje povrchové-praskliny a pórovitosť, ktoré nie sú viditeľné voľným okom, a zvyčajne sa aplikuje na koreň aj konečný prechod.

Testovanie netesnosti héliom natlakuje výmenník na 5–10 psi hélia a používa hmotnostný spektrometer na detekciu mier netesností, ktoré sú oveľa menšie, než dokáže vyriešiť hydrostatický test, pretože atóm hélia je dostatočne malý na to, aby prešiel cez diskontinuity, ktoré by neprešli vodou. Táto skúška sa zvyčajne vykonáva po zvarení všetkých koncov rúr-, ale pred roztiahnutím rúry, takže sa hodnotí iba zvar -, nie mechanické roztiahnutie -.

Žiadna jednotlivá metóda nezachytí každý chybný režim: vizuálne a kvapalné penetračné testy sú účinné pre povrchové-prepojené diskontinuity, ale podpovrchový nedostatok fúzie alebo poddimenzovaný MLP možno potvrdiť iba deštruktívnym makro-rezom počas kvalifikácie. To je dôvod, prečo sa kvalifikačné testovanie a produkčné NDE skôr dopĺňajú ako nadbytočné - kvalifikácia dokazuje, že postup je schopný vytvoriť zdravý spoj a produkčné NDE potvrdzuje, že spôsobilosť bola vykonávaná konzistentne v rámci celého počtu elektrónok.

Prečo je prísnosť kvalifikácie dôležitejšia pre spoje rúr-k{1}}rúrkovému plechu než pre bežné zvary potrubí?

Prísnosť kvalifikácie rúr-k{1}}rúrkovému plechu je dôležitejšia ako pri bežných zvaroch potrubia, pretože jediná systematická chyba objavená po výrobe si môže vyžadovať prerobenie-celého zväzku rúr, a pretože každý výmenník môže obsahovať stovky až tisíce jednotlivých spojov zvarených rovnakým postupom -, čo znamená okrajové WPS alebo pod{4}vyrábané zváračky, ktoré nevyrobíme veľa

Chyba zvaru obvodu potrubia je zvyčajne izolovaná oprava. Režim defektu rúrky-k{2}}rúrkovému plechu poháňaný chybným postupom alebo nekvalifikovanou technikou je naopak systémový: ak sa konštrukcia spoja, vstup tepla alebo krok prípravy povrchu, ktorý spôsobil jedno zlyhanie, aplikovali dôsledne v celom zväzku, každý spoj zváraný za týchto podmienok je podozrivý.

Investícia do riadne kvalifikovaného WPS, adekvátne vyškolených a otestovaných zváračov a disciplinovanej postupnosti kontroly výroby je výrazne nižšia{0}}cesta s nákladmi v porovnaní so zistením - po spustení alebo v horšom prípade po niekoľkých rokoch tepelných cyklov v prevádzke -, že je potrebné vymeniť veľkú časť zväzku rúrok.

Často kladené otázky

Q: Vyžaduje ASME sekcia VIII divízia 1 kvalifikáciu QW-193 makety pre zvary rúr-k rúrovému plechu?

A: Divízia č. 1 ponecháva QW-193 ako možnosť výrobcu; skúška zvaru drážky podľa QW-202.2 a QW-202.4 je akceptovanou alternatívou, pokiaľ si technická špecifikácia klienta nevyžaduje cestu makety.

Q: Koľko rúrok sa musí zvariť a otestovať, aby bolo možné kvalifikovať postup-na{1}}rúrku pomocou makety?

A: Musí byť vytvorených minimálne päť modelových zvarov a všetkých päť musí prejsť vizuálnym, kvapalinovým penetračným a makro-skúškou sekcie na QW-193.2. Každá jednotlivá porucha znehodnotí celú maketu, čo si vyžaduje úplné opätovné zvarenie.

Q: Čo je minimálna cesta úniku a prečo je ohraničená hrúbkou steny rúry?

A: Minimálna cesta úniku je najkratšia tavená vzdialenosť od koreňa zvaru k najbližšiemu voľnému povrchu. Je ohraničený hrúbkou steny rúrky, pretože to je fyzikálny limit -tesného prierezu- spoja bez ohľadu na to, koľko dodatočného zvarového kovu je nanesené.

Q: Môže zvárač kvalifikovaný v oblasti drážkového zvaru zvariť rúrku{0}}na{1}}spoje rúrkového plechu podľa WPS kvalifikovaného podľa makety QW-193?

A: Áno, ak príslušný stavebný predpis sám o sebe nevyžaduje QW-193 na kvalifikáciu výkonu. Kvalifikácia postupu a kvalifikácia výkonu sa považujú za vzájomne sa vylučujúce požiadavky podľa ASME, oddiel IX.

Q: Prečo je testovanie tesnosti héliom uprednostňované pred hydrostatickým testovaním zvarov rúr-k{1}}rúrkovému plechu?

A: Malá atómová veľkosť hélia mu umožňuje prejsť cez diskontinuity, ktoré by hydrostatický (vodný) test nezistil, čo dáva testovaniu netesnosti hélia výrazne vyššiu citlivosť pri identifikácii okrajových alebo čiastočne zatavených spojov rúrky-k{1}}rúrkovému plechu pred spustením.